掩護(hù)地面目標(biāo)時(shí)的雷達(dá)干擾兵力需求研究*

黃 亮 李建平 單 劍 臧家亮

(1.南海艦隊(duì)司令部 湛江 524000)(2.石家莊陸軍指揮學(xué)院 石家莊 050084)

掩護(hù)地面目標(biāo)時(shí)的雷達(dá)干擾兵力需求研究*

黃 亮1李建平2單 劍1臧家亮1

(1.南海艦隊(duì)司令部 湛江 524000)(2.石家莊陸軍指揮學(xué)院 石家莊 050084)

通過分析計(jì)算掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí)雷達(dá)干擾的干擾效能,得出了有效掩護(hù)地面重要目標(biāo)的條件。在此基礎(chǔ)上,通過合理的假設(shè)和計(jì)算,給出了雷達(dá)干擾系統(tǒng)在掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí)在三種不同情況下的兵力需求計(jì)算方法及公式。

掩護(hù)地面目標(biāo); 雷達(dá)干擾; 兵力需求

Class Number TN97

1 引言

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中,具有重要戰(zhàn)略意義的地面固定軍事目標(biāo),如橋梁、機(jī)場、大壩等,仍是敵方飛機(jī)、導(dǎo)彈攻擊的主要目標(biāo)。而信息化條件下的防空作戰(zhàn),將實(shí)現(xiàn)由“火力防空”向“火力防空+電子防空”的轉(zhuǎn)變[1]。為了掩護(hù)這些固定目標(biāo),防止遭到敵方破壞,必須對敵方的武器控制雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)施有效的干擾。地對空雷達(dá)干擾系統(tǒng)可配合其他防空武器系統(tǒng)保護(hù)交通樞紐、軍事設(shè)備、工業(yè)區(qū)、機(jī)場、水庫、戰(zhàn)略武器發(fā)射基地等目標(biāo)[2]。本文主要討論地對空雷達(dá)干擾系統(tǒng)掩護(hù)己方地面重要目標(biāo)時(shí)的兵力需求問題。

2 掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí)的雷達(dá)干擾條件

在掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí),一般地對空雷達(dá)干擾系統(tǒng)分散配置在被保護(hù)目標(biāo)周圍,對來襲飛機(jī)機(jī)載雷達(dá)實(shí)施干擾壓制,達(dá)到掩護(hù)地面目標(biāo)的目的。這里將地面被保護(hù)目標(biāo)等效為一個(gè)以O(shè)為圓心,r為半徑的圓,如圖1所示。來襲飛機(jī)的最小可攻擊距離(最小投彈半徑)為Drmin,最大可攻擊距離為Drmax(可認(rèn)為是機(jī)載雷達(dá)最大作用距離)。地對空雷達(dá)干擾站在被保護(hù)目標(biāo)周圍部署,與被保護(hù)目標(biāo)中心距離為dj(單位:km),對來襲敵機(jī)進(jìn)行干擾,縮短其機(jī)載雷達(dá)有效探測距離,使其進(jìn)入最小投彈距離之前無法有效探測被保護(hù)目標(biāo),從而有效掩護(hù)被保護(hù)目標(biāo)。

圖1 掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí)作戰(zhàn)攻防雙方示意圖

對于干擾站來說,影響壓制機(jī)載雷達(dá)效果的因素有兩個(gè):一是機(jī)載雷達(dá)在干擾站方向上的天線增益,其本質(zhì)影響因素即雷達(dá)天線軸線與干擾站連線的夾角(干擾夾角);二是干擾站到機(jī)載雷達(dá)的距離。

基于上述兩個(gè)因素,設(shè)定來襲飛機(jī)朝干擾站方向飛行,此時(shí)雷達(dá)天線在干擾站方向上有最大的天線增益;當(dāng)干擾站配置位置距被保護(hù)目標(biāo)中心的距離等于或盡可能靠近來襲飛機(jī)的最小投彈圓半徑Drmin(單位:km)時(shí),干擾站可獲得最小的干擾距離,如果來襲飛機(jī)的機(jī)載雷達(dá)若不能有效探測目標(biāo)則會(huì)錯(cuò)過最后的攻擊時(shí)機(jī)。

1) 被保護(hù)目標(biāo)較小時(shí)

被保護(hù)目標(biāo)較小時(shí),機(jī)載雷達(dá)在一定位置掃視目標(biāo)邊緣時(shí)干擾站仍處于其雷達(dá)天線主瓣內(nèi),即干擾站在來襲飛機(jī)正沖其飛行且位于最小投彈距離上掃視目標(biāo)時(shí),總是能干擾其機(jī)載雷達(dá)主瓣。這時(shí),認(rèn)為在機(jī)載雷達(dá)處于最小投彈圓上空時(shí),干擾站的配置位置處于雷達(dá)天線垂直主瓣內(nèi),如圖2所示。

圖2 機(jī)載雷達(dá)垂直主瓣與保護(hù)目標(biāo)、干擾站位置關(guān)系示意圖

依據(jù)機(jī)載雷達(dá)垂直主瓣半功率角θ0.5垂直(單位:°)和飛機(jī)攻擊高度H(單位:km)的大小,dj的臨界取值有不同變化。根據(jù)余弦定理有

(1)

式(1)中飛機(jī)的飛行高度H取最小可能攻擊高度Hamin時(shí),可以對應(yīng)求得dj的臨界值。將求得的dj及Hamin,Dr=Drmin代入雷達(dá)干擾方程中。若不能滿足壓制條件,說明該干擾站在任何情況下都無法對目標(biāo)起到有效的保護(hù)作用。若能滿足壓制條件,說明在進(jìn)行主瓣干擾時(shí)可以有效壓制一定方向的來襲飛機(jī)。

2) 被保護(hù)目標(biāo)較大時(shí)

被保護(hù)目標(biāo)較大時(shí),機(jī)載雷達(dá)掃視目標(biāo)邊緣時(shí)干擾站處于其天線副瓣內(nèi),即干擾站在飛機(jī)正沖其飛行掃視目標(biāo)時(shí),主要考慮對其機(jī)載雷達(dá)副瓣進(jìn)行干擾。這時(shí)考慮水平方向上雷達(dá)天線的副瓣增益取值。此時(shí)有

(2)

Rj=H(km)

(3)

(4)

機(jī)載雷達(dá)的干擾方程為[3]

(5)

變形為

(6)

將式(2)～式(4)代入式(6)中,有

(7)

解得此時(shí)的干擾扇角θj的表達(dá)式為

(8)

(9)

(10)

來襲飛機(jī)在處于最小投彈距離上,其機(jī)載雷達(dá)掃視目標(biāo)邊緣時(shí),天線軸線方向與飛機(jī)到目標(biāo)的連線的夾角為θ1,如圖3所示。此時(shí)有

(11)

當(dāng)θ1>θjE/2時(shí),說明此態(tài)勢下一個(gè)干擾站的有效干擾扇角不能覆蓋整個(gè)被保護(hù)目標(biāo),需要多個(gè)干擾站配合形成更大的有效干擾扇角。

當(dāng)θ1≤θjE/2時(shí),說明此態(tài)勢下一個(gè)干擾站的有效干擾扇角可以覆蓋整個(gè)被保護(hù)目標(biāo)。干擾站形成的掩護(hù)角可以通過計(jì)算得出。

圖3 來襲飛機(jī)在最小投彈距離上掃視目標(biāo)俯視圖

圖4 來襲飛機(jī)在最小投彈距離上掃視目標(biāo)縱向切面

3 掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí)的雷達(dá)干擾兵力需求計(jì)算

1) 干擾站只在干擾雷達(dá)主瓣時(shí)才能實(shí)施有效壓制情況下的兵力需求計(jì)算

在干擾站只干擾機(jī)載雷達(dá)主瓣時(shí),考慮來襲飛機(jī)在到達(dá)最小投彈距離之前掃視目標(biāo)時(shí),其雷達(dá)天線主瓣內(nèi)至少存在一個(gè)干擾站,方能受到有效干擾壓制,如圖5所示。設(shè)第i個(gè)干擾站到被保護(hù)目標(biāo)中心的距離為dji(單位:km),當(dāng)dji=d0時(shí),兩個(gè)相鄰干擾站之間的位置關(guān)系滿足

(12)

(13)

圖5 兩干擾站干擾機(jī)載雷達(dá)主瓣示意圖

此時(shí)壓制從角度Ω(單位:°,一般0°<Ω<180°)范圍內(nèi)來襲的飛機(jī)時(shí),所需干擾站數(shù)量為

(14)

當(dāng)需要壓制所有方向的來襲飛機(jī)時(shí),需要的干擾站數(shù)量為

(15)

2) 干擾站在干擾雷達(dá)副瓣時(shí)能實(shí)施有效壓制情況下的兵力需求計(jì)算

圖6中,J為干擾站,線段OJ所在軸為極軸,與壓制區(qū)暴露區(qū)邊界相交且半徑為Drmin的圓為來襲飛機(jī)攻擊目標(biāo)的最小投彈圓,Drmin為其最小投彈距離。設(shè)Dr(α)為被掩護(hù)目標(biāo)中心與來襲飛機(jī)的投影距離隨角度變化的函數(shù),利用Dr(α)=Drmin時(shí)對應(yīng)的α值可求得掩護(hù)角的大小。圖6所示是Dr(α)=Drmin時(shí)在[0,180°]中可求得兩個(gè)α值的情景,這時(shí)存在兩個(gè)干擾掩護(hù)角β1,β2,總的掩護(hù)角為

αj=β1+β2(°)

(16)

圖6 典型掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí)干擾壓制區(qū)的計(jì)算機(jī)模擬圖

β1為靠近干擾站一側(cè)形成的掩護(hù)角,β2為另一側(cè)形成的掩護(hù)角。在進(jìn)行副瓣干擾時(shí)能實(shí)施有效壓制的情況下,總有αj>0。當(dāng)dj>Drmin時(shí),β1可能為0;當(dāng)dj

(1)當(dāng)β1≈β2時(shí),認(rèn)為β1、β2對稱

壓制從角度Ω(單位:°,一般0<Ω<180°)范圍內(nèi)來襲的飛機(jī)時(shí),從β1、β2中任取其一作為有效掩護(hù)角,此時(shí)所需干擾站數(shù)量為

(17)

壓制所有方向來襲飛機(jī)時(shí),β1、β2均作為有效的掩護(hù)角,此時(shí)所需干擾站數(shù)量為

(18)

(2)當(dāng)β1、β2數(shù)值差距較大時(shí)

壓制從角度Ω(單位:°,一般0<Ω<180°)范圍內(nèi)來襲的飛機(jī)時(shí),取β1、β2中較大的角作為有效的掩護(hù)角,此時(shí)所需干擾站數(shù)量為

(19)

壓制所有方向來襲飛機(jī)時(shí),比較β1、β2中較大的角與較小的角的二倍值,取其大,作為有效的掩護(hù)角,此時(shí)所需干擾站數(shù)量為

(20)

式中β大=max(β1,β2),β小=min(β1,β2)。

3) 單個(gè)干擾站壓制無效時(shí)的兵力需求輔助決策

如圖7中所示,機(jī)載雷達(dá)在最小壓制距離(最小投彈距離Drmin)上對保護(hù)目標(biāo)區(qū)域的張角為

(21)

圖7 兩干擾站拼湊有效干擾扇角示意圖

單個(gè)干擾站對飛機(jī)形成的有效干擾扇角θjE分不同情況由前面的討論中得出。當(dāng)ψ>θjE時(shí),就是單個(gè)干擾站不能有效壓制任何方向來襲飛機(jī)的情況。用J1、J2兩個(gè)干擾站共同壓制干擾A點(diǎn)的機(jī)載雷達(dá),使得兩個(gè)干擾站對來襲飛機(jī)的有效干擾扇角相鄰,且不重合,則需滿足

(22)

在dj≥r時(shí),可近似解出

(23)

設(shè)欲環(huán)繞被保護(hù)目標(biāo)部署的干擾站距目標(biāo)中心的平均距離為d0(單位:km),代入式(23)求得相鄰兩干擾站對目標(biāo)中心的平均張角為φ0(單位:°)。

壓制從角度Ω(單位:°,一般0°<Ω<180°)范圍內(nèi)來襲的飛機(jī)所需干擾站數(shù)量為

(24)

壓制所有方向來襲飛機(jī)所需干擾站數(shù)量為

(25)

4 結(jié)語

本文討論了雷達(dá)干擾站在掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí)的兵力需求戰(zhàn)術(shù)計(jì)算方法。分析了單個(gè)干擾站在掩護(hù)小型目標(biāo)和大型目標(biāo)時(shí)能夠有效壓制一個(gè)方向來襲敵機(jī)的條件,分別給出了掩護(hù)地面重要目標(biāo)時(shí)單個(gè)干擾站只在進(jìn)行主瓣干擾時(shí)有效、單站進(jìn)行副瓣干擾時(shí)有效、單站干擾無效三種情況下的地對空雷達(dá)干擾站面臨一定威脅時(shí)所需的雷達(dá)干擾兵力計(jì)算公式。需要指出的是,所有討論都僅限于同一時(shí)間應(yīng)付某個(gè)特定方向的來襲飛機(jī),針對多方向同時(shí)實(shí)施空中打擊的情況還需要另作研究。

[1] 王汝群,王寧,劉華建.城市反空襲作戰(zhàn)電子防空[C]//合肥:《電子對抗學(xué)術(shù)》編輯部,2004:3-8.

[2] 桑美家,劉俊,黃夫祥.要地防空中電子對抗技術(shù)需求與應(yīng)用分析[J].電子對抗,2004,95(2):19-23.

[3] 邵國培,等.電子對抗作戰(zhàn)效能分析[M].北京:解放軍出版社,1998:133-135.

[4] 侯沛科,等.信息化條件下防空作戰(zhàn)兵力需求分析[J].兵工自動(dòng)化,2007,26(5):18-19.

[5] 高英魁,胡雙喜.電子防空理論綜述[J].地面防空武器,2005(4):47-50.

[6] 邵國培.電子對抗戰(zhàn)術(shù)計(jì)算方法[M].北京:解放軍出版社,2011:65-71.

[7] 王瑜.要地防空中目標(biāo)威脅的未確知測度評價(jià)[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程,2002(2):56-58.

[8] 王巨海,等.要地防空群對敵主攻方向確定度分析[J].指揮控制與仿真,2006,28(4):53-54.

[9] 杜克新,等.地對空雷達(dá)干擾在要地防空中的作戰(zhàn)運(yùn)用研究[J].現(xiàn)代雷達(dá),2009,31(2):8-11.

[10] 張錫祥,劉永堅(jiān),王國宏.電子戰(zhàn)技術(shù)與應(yīng)用——雷達(dá)對抗篇[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

Military Strength Demand of Radar Jamming in Defending Ground Target Combat

HUANG Liang1LI Jianping2SHAN Jian1ZANG Jialiang1

(1. Headquarters of South China Sea Fleet, Zhanjiang 524000) (2. Shijiazhuang Army and Command Academy, Shijiazhuang 050084)

By analyzing and calculating radar jamming efficiency in defending ground target combat, this paper gets the condition of effectively defending the target. On this basis, this paper gives the tactical computation methods and formulas in three different conditions when radar jamming system defends ground target through reasonable assumptions and calculations.

defend ground target, radar jamming, military strength demand

2014年5月3日,

2014年6月29日 作者簡介:黃亮,男,工程師,研究方向:雷達(dá)情報(bào)目標(biāo)處理。李建平,男,博士,講師,研究方向:信息作戰(zhàn)研究。單劍,男,碩士,助理工程師,研究方向:信息系統(tǒng)建模與仿真。臧家亮,男,工程師,研究方向:雷達(dá)情報(bào)目標(biāo)處理。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.008